PAANO NABUBUO ANG ISANG NABABANAT NA MATERYAL? - CHEMISTRY - 2025

Upang synthesize ang isang nababanat na materyal , una, ang isa ay dapat magkaroon ng kaalaman tungkol sa kung anong uri ng mga polimer ito ay binubuo; dahil, kung hindi man, ang paliwanag ng isang plastik o isang hibla ay pormulahin. Alam ito, ang mga polymer na dapat isaalang-alang ay ang mga tinatawag na elastomer.

Kaya, ang mga elastomer ay bumubuo ng mga nababanat na materyales; Ngunit ano sila? Paano sila naiiba sa iba pang mga polimer? Paano mo malalaman kung ang synthesized material ay talagang may nababanat na katangian?

Pinagmulan: Pxhere

Ang isa sa mga pinakasimpleng halimbawa ng isang nababanat na materyal ay ang mga nababanat na banda (o mga goma na banda) na pinagsama ang mga pahayagan, bulaklak, o isang bawal na kuwenta. Kung ang mga ito ay nakaunat, mapapansin na pinapahiwatig nila nang paayon, at pagkatapos ay bumalik sa kanilang orihinal na hugis.

Ngunit, kung ang materyal ay permanenteng may deform, pagkatapos ito ay hindi nababanat, ngunit plastic. Mayroong maraming mga pisikal na mga parameter na nagpapahintulot sa pag-diskriminasyon sa pagitan ng mga materyales na ito, tulad ng modulus ng kanilang Young, ang kanilang punto ng ani, at temperatura ng paglipat ng baso (Tg).

Bilang karagdagan sa mga pisikal na katangian na ito, ang mga kemikal na nababanat na materyales ay dapat ding matugunan ang ilang pamantayan sa molekular upang kumilos tulad.

Mula dito lumabas ang isang malawak na hanay ng mga posibilidad, mga mixtures at synthesis, napapailalim sa walang katapusang mga variable; ang lahat ng ito upang makipag-ugnay sa "simple" na katangian ng pagkalastiko.

Raw materyal

Tulad ng nabanggit sa simula, ang mga nababanat na materyales ay gawa sa mga elastomer. Ang huli naman ay nangangailangan ng iba pang mga polimer o mas maliit na "mga piraso ng molekular"; iyon ay, ang mga elastomer ay nagkakahalaga din ng kanilang sariling synthesis mula sa pre-polymers.

Ang bawat kaso ay nangangailangan ng isang maingat na pag-aaral ng mga variable na proseso, ang mga kondisyon at bakit sa mga polimer na ito ang nagreresultang "elastomer" ay gumagana at, samakatuwid, ang nababanat na materyal.

Nang walang pagpunta sa mga detalye, narito ang isang serye ng mga polimer na ginamit para sa layuning ito:

-Polyisocyanate

-Polyol polyester

-Copolymers ng etilena at propylene (i.e. blends ng polyethylene at polypropylene)

-Polyisobutylene

-Polysulfides

-Polysiloxane

Bukod sa marami pang iba. Ang mga ito ay tumutugon sa bawat isa sa pamamagitan ng iba't ibang mga mekanismo ng polymerization, bukod dito ay: paghalay, karagdagan, o sa pamamagitan ng mga libreng radikal.

Samakatuwid, ang bawat synthesis ay nagpapahiwatig ng pangangailangan na makabisado ang mga kinetics ng reaksyon, upang masiguro ang pinakamainam na mga kondisyon para sa pag-unlad nito. Gayundin, kung saan magaganap ang synthesis; iyon ay, ang reaktor, uri nito at mga variable na proseso.

Mga katangian ng molekular

Ano ang ginagamit ng lahat ng mga polimer para sa synthesis ng mga elastomer? Ang mga katangian ng dating ay magkakasama (ang kabuuan ay higit sa kabuuan ng mga bahagi nito) kasama ng huli.

Upang magsimula sa, dapat silang magkaroon ng mga simetriko na istruktura, at samakatuwid ay maging kasing heterogenous hangga't maaari. Ang kanilang mga molekular na istraktura ay kinakailangang maging linear at nababaluktot; iyon ay, ang pag-ikot ng nag-iisang mga bono ay hindi dapat magdulot ng matiyak na pagtanggi sa pagitan ng mga mahihirap na grupo.

Gayundin, ang polimer ay hindi dapat maging napaka-polar, kung hindi man ang mga intermolecular na pakikipag-ugnayan ay magiging mas malakas at magpapakita ito ng higit na kabiguan.

Samakatuwid, ang mga polimer ay dapat magkaroon: asymmetric, nonpolar at nababaluktot na yunit. Kung natutugunan nila ang lahat ng mga katangian ng molekular na ito, pagkatapos ay kumakatawan sila sa isang potensyal na panimulang punto para sa pagkuha ng isang elastomer.

Sintesis ng mga elastomer

Ang pagpili ng hilaw na materyal at lahat ng mga variable na proseso, ang synthesis ng mga elastomer ay nagpapatuloy. Kapag na-synthesize, at pagkatapos ng kasunod na serye ng mga pisikal at kemikal na paggamot, ang nababanat na materyal ay nilikha.

Ngunit, anong mga pagbabagong dapat gawin ang napiling mga polimer upang maging mga elastomer?

Kailangan nilang sumailalim sa isang crosslinking o paggamot (crosslinking, sa Ingles); iyon ay, ang mga polymeric chain nito ay magkakokonekta sa bawat isa sa pamamagitan ng mga molekulang tulay, na nagmumula sa bi o polyfunctional na mga molekula o polimer (may kakayahang bumubuo ng dalawa o mas malakas na mga bono ng covalent). Ang imahe sa ibaba ay nagbubuod ng sinabi sa itaas:

Pinagmulan: Gabriel Bolívar

Ang mga lilang linya ay kumakatawan sa mga chain ng polimer o ang "stiffer" na mga bloke ng mga elastomer; habang ang mga itim na linya ay ang pinaka nababaluktot na bahagi. Ang bawat lilang linya ay maaaring binubuo ng isang iba't ibang polimer, mas nababaluktot o matibay na may paggalang sa isa na nauna o nalikom.

Anong pag-andar ang nilalaro ng mga molekulang tulay na ito? Iyon ay pinapayagan ang elastomer na gumulong sa kanyang sarili (static mode), upang maipalabas sa ilalim ng isang kahabaan na presyon (nababanat na mode) salamat sa kakayahang umangkop ng mga link nito.

Ang magic spring (Slinky, halimbawa, mula sa Toystory) ay kumikilos nang bahagya na katulad ng ginagawa ng mga elastomer.

Vulcanization

Kabilang sa lahat ng mga proseso ng pag-link sa cross, ang bulkanisasyon ay isa sa mga pinakakilala. Dito, ang mga kadena ng polimer ay magkakaugnay ng mga tulay na asupre (SSS …).

Pagbabalik sa itaas na imahe, ang mga tulay ay hindi na magiging itim, ngunit dilaw. Ang prosesong ito ay mahalaga sa paggawa ng mga gulong.

Karagdagang paggamot sa pisikal at kemikal

Kapag ang mga elastomer ay na-synthesize, ang mga susunod na hakbang ay ang paggamot sa mga nagresultang materyal upang mabigyan sila ng kanilang mga natatanging katangian. Ang bawat materyal ay may sariling paggamot, bukod sa kung saan ay ang pag-init, paghuhulma o paggiling, o iba pang pisikal na "curing".

Sa mga hakbang na ito ang mga pigment at iba pang mga kemikal ay idinagdag upang matiyak ang pagkalastiko nito. Gayundin, ang modulus ng Young nito, ang Tg, at ang pagiging limitasyon ng pagkalastiko nito ay nasuri bilang pagsusuri ng kalidad (bilang karagdagan sa iba pang mga variable).

Narito pagkatapos kung saan ang salitang elastomer ay inilibing ng salitang 'goma'; silicone rubbers, nitrile, natural, urethanes, butadiene-styrene, atbp. Ang mga goma ay magkasingkahulugan ng nababanat na materyal.

Sintesis ng nababanat na banda

Sa wakas, ibibigay ang isang maikling paglalarawan ng nababanat na proseso ng band synthesis.

Ang mapagkukunan ng mga polimer para sa synthesis ng mga elastomer ay nakuha mula sa natural na latex, partikular na mula sa puno ng Hevea brasiliensis. Ito ay isang gatas, dagta na sangkap, na sumailalim sa paglilinis at pagkatapos ay halo-halong may acetic acid at formaldehyde.

Mula sa halo na ito ay nakuha ang isang slab, mula sa kung saan ang tubig ay nakuha sa pamamagitan ng pagpiga at bibigyan ito ng hugis ng isang bloke. Ang mga bloke na ito ay pinutol sa mas maliit na mga piraso sa isang panghalo, kung saan sila ay pinainit at ang mga pigment at asupre ay idinagdag para sa bulkanisasyon.

Pagkatapos, sila ay pinutol at extruded upang makakuha ng mga guwang na tungkod, sa loob kung saan sasakop sila ng isang aluminyo na rod na may talc bilang isang suporta.

At sa wakas, ang mga tungkod ay pinainit at tinanggal mula sa kanilang suporta sa aluminyo, upang masiksik nang isang beses sa pamamagitan ng isang roller bago i-cut; Ang bawat hiwa ay bumubuo ng isang liga, at hindi mabilang na pagbawas ang bumubuo ng mga tonelada sa kanila.

Mga Sanggunian

1. Wikipedia. (2018). Pagkalastiko (pisika). Nabawi mula sa: en.wikipedia.org
2. Odian G. (1986) Panimula sa Synthesis ng Elastomers. Sa: Lal J., Mark JE (eds) Pagsulong sa Elastomers at Goma Elasticity. Springer, Boston, MA
3. Mga tool na soft robotics. (sf). Mga Elastomer. Nabawi mula sa: softroboticstoolkit.com
4. Kabanata 16, 17, 18-Plastics, Fibre, Elastomer. . Nabawi mula sa: fab.cba.mit.edu
5. Syntastasyong Elastomer. . Nabawi mula sa: gozips.uakron.edu
6. Advameg, Inc. (2018). Goma ng Band. Nabawi mula sa: mad ala.com.